JP2019049452A - センサ、検出装置及び検出システム - Google Patents

Abstract

【課題】精度よく被検出物を検出することができるセンサ、検出装置及び検出システムを提供する。【解決手段】実施形態によれば、電磁波の反射率又は透過率の変化によって被検出物を検出する検出装置によって前記電磁波を照射されるセンサは、第１の周期構造体と、第２の周期構造体と、を備える。第１の周期構造体は、反射率又は透過率の周波数特性において第１のピークに寄与する。第２の周期構造体は、反射率又は透過率の周波数特性において第１のピークと異なる第２のピークに寄与する。【選択図】 図２

Description

本発明の実施形態は、センサ、検出装置及び検出システムに関する。

空隙が配置された構造体に電磁波が照射されると、電磁波の反射率又は透過率について空隙の特性に由来する周波数特性が生じる。構造体に物質が付着した場合、反射率又は透過率の周波数特性は、当該物質の存在のため変化する。

上記の特性を利用して、構造体を有するセンサを用いて所定の物質（被検出物）の有無を検出する技術が知られている。

特開２００８−１８５５５２号公報

精度よく被検出物を検出することができるセンサ、検出装置及び検出システムを提供する。

実施形態によれば、電磁波の反射率又は透過率の変化によって被検出物を検出する検出装置によって前記電磁波を照射されるセンサは、第１の周期構造体と、第２の周期構造体と、を備える。第１の周期構造体は、反射率又は透過率の周波数特性において第１のピークに寄与する。第２の周期構造体は、反射率又は透過率の周波数特性において第１のピークと異なる第２のピークに寄与する。

図１は、第１の実施形態に係る検出システムの構成例を示す図である。 図２は、第１の実施形態に係る検出センサの例を示す上面図である。 図３は、第１の実施形態に係る検出センサの例を示す断面図である。 図４は、第１の実施形態に係る検出センサの反射率の例を示すグラフである。 図５は、第２の実施形態に係る検出センサの例を示す上面図である。 図６は、第２の実施形態に係る検出センサの例を示す断面図である。

以下、図面を参照して実施形態について説明する。なお、各図は実施形態とその理解を促すための模式図であり、その形状や寸法、比などは適宜、設計変更することができる。
（第１の実施形態）
まず、第１の実施形態について説明する。
第１の実施形態に係る検出システムは、たとえば、サンプルに含まれる菌などの有機物（被検出物）を検出する。検出システムは、空隙が設けられた構造体を有する検出センサに対して所定の周波数を有する電磁波を照射し検出センサからの反射波を検出する。検出システムは、サンプルを添加する前の検出センサの反射率とサンプルを添加された後の検出センサの反射率とを測定する。検出システムは、両反射率が一致しない場合に、検出センサ上に被検出物が堆積していると判定する。

図１は、検出システム１の構成例を示す。図１が示すように、検出システム１は、検出装置１０及び制御装置２０（制御部）を備える。検出装置１０と制御装置２０とは、互いに電気的に接続される。

図１が示すように、検出装置１０は、光源１１、ミラー１２、検出センサ１３、ステージ１４、駆動部１５、検出器１６及び試料導入部１７などから構成される。なお、検出装置１０は、図２が示すような構成の他に必要に応じた構成をさらに具備したり、検出装置１０から特定の構成が除外されたりしてもよい。

光源１１は、制御装置２０からの信号に基づいて所定の周波数の電磁波を放射する。光源１１は、複数の周波数の電磁波を放射する。たとえば、光源１１は、第１の周波数を有する電磁波を放射する。また、光源１１は、第１の周波数と異なる第２の周波数を有する電磁波を放射する。光源１１は、各電磁波を異なるタイミングで放射してもよい。また、光源１１は、各電磁波を同時に放射してもよい。

ミラー１２は、所定の角度で検出装置１０内に設置される。ミラー１２は、光源１１からの電磁波を検出センサ１３に反射する。図１が示す例では、ミラー１２は、光源１１から水平に照射された電磁波を下方に反射する。

また、ミラー１２は、検出センサ１３からの反射波を検出器１６に反射する。図１が示す例では、ミラー１２は、検出センサ１３から上方に反射する反射波を水平に反射する。

なお、ミラー１２は、光源１１からの電磁波を検出センサ１３に反射するミラーと、検出センサ１３からの反射波を検出器１６に反射するミラーとから構成されてもよい。

光源１１とミラー１２とは、第１の周波数を有する電磁波と第２の周波数を有する電磁波とを検出センサ１３に照射する照射部として機能する。

検出センサ１３は、光源１１からの電磁波を所定の反射率で検出器１６に反射する。検出センサ１３は、所定の周波数特性を有する。検出センサ１３は、電磁波の周波数によって反射率が異なる構成を有する。また、菌などの有機物（被検出物）が検出センサ１３の表面に付着すると、検出センサ１３の反射率は、変化する。
検出センサ１３については、後に詳述する。

ステージ１４は、検出センサ１３を移動可能に保持する。ここでは、ステージ１４は、Ｘ方向（図１の左右方向）、Ｙ方向（図１に対して直交方向）及びＺ方向（図１に対して上下方向）に移動可能である。

駆動部１５は、制御装置２０からの信号に従ってステージ１４をＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向に移動させる。即ち、駆動部１５は、検出センサ１３をＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向に移動させる。たとえば、駆動部１５は、光源１１からの電磁波を検出センサ１３の任意の位置に照射するため、ステージ１４をＸ方向及びＹ方向に移動させる。

また、駆動部１５は、電磁波の焦点を検出センサ１３上に合わせるためステージ１４をＺ方向に移動させる。
また、駆動部１５は、ステージ１４をＸ方向に試料導入部１７まで移動させる。

たとえば、駆動部１５は、モータ及び駆動ベルトなどから構成される。駆動部１５は、モータなどの駆動力で駆動ベルトなど駆動してステージ１４を移動させる。駆動部１５の構成は、特定の構成に限定されるものではない。

検出器１６は、検出センサ１３からの反射波を検出する。即ち、検出器１６は、ミラー１２から反射される反射波を検出する。検出器１６は、反射波の強度を検出する。たとえば、検出器１６は、反射波の強度に応じた電力を出力する。検出器１６は、反射波の強度を示すセンサ信号を制御装置２０へ送信する。

試料導入部１７は、オペレータが検出センサ１３をステージ１４上にセットする領域である。試料導入部１７は、検出装置１０の外部に検出センサ１３を露出する領域である。オペレータは、ステージ１４を試料導入部１７に搬送させて、ステージ１４に検出センサ１３をセットする。

制御装置２０は、検出装置１０を制御する。制御装置２０は、検出装置１０に制御信号を送信し各部を制御する。また、制御装置２０は、検出装置１０の各部から種々の信号を受信する。たとえば、制御装置２０は、検出器１６からセンサ信号を受信する。制御装置２０は、センサ信号に基づいて検出センサ１３上に被検出物があるかを判定する。

また、制御装置２０は、駆動部１５を制御して検出センサ１３を所定の位置に移動させる。また、制御装置２０は、光源１１を制御して電磁波を検出センサ１３に照射させる。

次に、検出センサ１３について説明する。図２は、検出センサ１３の上面図である。図３は、Ｆ３−Ｆ３の断面図である。

図２及び図３が示すように、検出センサ１３は、基材３１及び構造体３２などから構成される。

基材３１は、たとえば、所定の大きさの矩形に形成される。基材３１は、光源１１が放射する電磁波に対して変化を生じさせない素材から構成されるのが望ましい。即ち、基材３１は、光源１１が照射する電磁波の周波数帯において透過性を有する素材から構成されることが望ましい。たとえば、基材３１は、シリコンウエハなどから構成される。また、基材３１は、ポリエチレンなどの有機材料から構成されてもよい。

たとえば、基材の厚さは、１００〜８００μｍの範囲である。たとえば、基材３１の厚さは、５２５μｍである。
基材３１の素材及び外寸は、特定の構成に限定されるものではない。

構造体３２は、光源１１が照射する電磁波を反射する。構造体３２は、反射率において周波数特性を有する。構造体３２は、光源１１が放射する電磁波の周波数帯において反射性を有する導体であることが望ましい。

たとえば、構造体３２は、金又はアルミニウムなどの導電体から形成される。構造体３２は、複数の層を備える構造であってもよい。たとえば、構造体３２は、基材３１との接着層としてクロム又はチタンなどの層を備えてもよい。
たとえば、構造体３２の厚さは、０．１μから５０μｍの範囲である。たとえば、構造体３２の厚さは、０．２μｍである。

構造体３２は、反射率における周波数特性において複数のピークを有する。構造体３２は、ピークに寄与する複数種類の空隙を有する。たとえば、構造体３２は、形状又は大きさが異なる複数種類の空隙を有する。

構造体３２は、空隙によって、相補型分割リング共振器を形成する。構造体３２は、空隙によってＬＣＲ回路を形成する。構造体３２は、ＬＣＲ（インダクタンス、コンダクタンス、レジスタンス）回路によって所定の共振周波数において共振特性を有する。

構造体３２は、複数種類の空隙によって、特性の異なる複数のＬＣＲ回路（主にインダクタンスが異なるＬＣＲ回路）を形成する。構造体３２は、各ＬＣＲ回路によって、反射率における周波数特性において複数のピークを有する。

なお、構造体３２は、空隙の大きさ又は形状を調整することで異なる周波数特性（異なるピーク）を有することができる。

ここでは、構造体３２は、第１の領域３３ａ及び第２の領域３３ｂに分割される。第１の領域３３ａは、複数の第１の空隙３４ａを有する。第１の領域３３ａは、周期的に第１の空隙を有する周期構造体（第１の周期構造体）である。第２の領域３３ｂは、複数の第２の空隙３４ｂを有する。第２の領域３３ｂは、周期的に第２の空隙を有する周期構造体（第２の周期構造体）である。

第１の空隙３４ａは、環状構造である。第１の空隙３４ａは、環の一部が切断する構造である。即ち、第１の空隙３４ａは、Ｃ字型に形成される。たとえば、第１の空隙３４ａの外寸は、１８μｍである。また、第１の空隙３４ａの幅（隙間の幅）は、３μｍである。

たとえば、第１の領域３３ａは、第１の空隙３４ａによって相補型分割リング共振器を形成する。たとえば、第１の領域３３ａは、第１の空隙３４ａによってＬＣＲ共振回路を形成する。たとえば、第１の領域３３ａの反射率は、約１テラヘルツにおいてピークを有する。

第２の空隙３４ｂは、環状構造である。第２の空隙３４ｂは、環の一部が切断する構造である。即ち、第２の空隙３４ｂは、第１の空隙３４ａと同様にＣ字型に形成される。たとえば、第２の空隙３４ｂの外寸は、９μｍである。また、第２の空隙３４ｂの幅（隙間の幅）は、３μｍである。

たとえば、第２の領域３３ｂは、第２の空隙３４ｂによって相補型分割リング共振器を形成する。たとえば、第２の領域３３ｂは、第２の空隙３４ｂによってＬＣＲ共振回路を形成する。たとえば、第２の領域３３ｂの反射率は、約３テラヘルツにおいてピークを有する。

なお、構造体３２が有する空隙の大きさ及び形状は、特定の構成に限定されるものではない。たとえば、構造体３２の空隙は、外寸が０．１μｍ〜１００μｍ、幅（隙間の幅）０．０１〜２０μｍの範囲にあるものであってもよい。また、構造体３２は、異なる形状の空隙を備えてもよい。

次に、検出センサ１３の周波数特性について説明する。
図４は、検出センサ１３の周波数特性の例を示すグラフである。図４において、横軸は、周波数を示す。縦軸は、反射率を示す。

まず、被検出物が堆積していない検出センサ１３の周波数特性について説明する。

図４において、グラフ１０１は、被検出物が堆積していない検出センサ１３の周波数特性を示す。図４が示すように、グラフ１０１は、複数のピークを有する。ここでは、グラフ１０１は、第１のピーク１０１ａ及び第２のピーク１０１ｂを有する。

たとえば、第１のピーク１０１ａは、第１の領域３３ａの第１の空隙３４ａによって生じる。また、第２のピーク１０１ｂは、第２の領域３３ｂの第２の空隙３４ｂによって生じる。

次に、被検出物が堆積した検出センサ１３の周波数特性について説明する。
たとえば、被検出物は、磁性ビーズを有する。また、被検出物は、抗体などで検出センサ１３に固定される。

検出センサ１３の構造体３２に磁性ビーズを有する被検出物が堆積すると、構造体３２のＬＣＲ回路の特性が変化する。主に、構造体３２のコンダクタンスが被検出物によって変化する。そのため、検出センサ１３が有する共振周波数が変化し、検出センサ１３の周波数特性が変化する。

図４において、グラフ１０２は、被検出物が堆積した検出センサ１３の周波数特性を示す。図４が示すように、グラフ１０２は、グラフ１０１と同様に複数のピークを有する。ここでは、グラフ１０２は、第３のピーク１０２ａ及び第４のピーク１０２ｂを有する。

第３のピーク１０２ａ及び第４のピーク１０２ｂに対応する周波数は、それぞれ第１のピーク１０１ａ及び第２のピーク１０１ｂに対応する周波数とは異なる。図４が示す例では、第３のピーク１０２ａ及び第４のピーク１０２ｂの周波数は、第１のピーク１０１ａ及び第２のピーク１０１ｂの周波数よりも小さい値になる。

実施形態では、制御装置２０は、複数の周波数（たとえば、破線２０１ａが示す第１の周波数及び破線２０１ｂが示す第２の周波数）の電磁波の反射率を測定する。制御装置２０は、各周波数での反射率の変化を検出することで被検出物を検出する。

次に、制御装置２０の動作例について説明する。
まず、制御装置２０は、被検出物が堆積していない検出センサ１３の反射率（リファレンス反射率）を第１の周波数及び第２の周波数で測定する。

たとえば、制御装置２０は、駆動部１５を用いてステージ１４を試料導入部１７に移動する。ステージ１４を試料導入部１７に移動すると、制御装置２０は、オペレータに検出センサ１３をステージ１４上にセットすることを促す。たとえば、制御装置２０は、表示部などに検出センサ１３をセットすることを促すメッセージなどを表示してもよい。

ステージ１４上に検出センサ１３がセットされると、制御装置２０は、駆動部１５を用いてステージ１４及び検出センサ１３をミラー１２の下部に移動する。ステージ１４及び検出センサ１３をミラー１２の下部に移動すると、制御装置２０は、光源１１を用いて第１の周波数の電磁波を検出センサ１３に照射する。

第１の周波数は、検出センサ１３の反射率の第１のピーク１０１ａの周波数に対応する周波数である。たとえば、第１の周波数は、第１のピーク１０１ａの周波数の近傍の周波数である。たとえば、第１の周波数は、反射率が所定の閾値を下回る周波数領域から選択されるものであってもよい。ここでは、制御装置２０は、第１の周波数として破線２０１ａが示す周波数の電磁波を検出センサ１３に照射する。

光源１１を用いて第１の周波数の電磁波を検出センサ１３に照射すると、制御装置２０は、検出器１６を用いて検出センサ１３からの反射波の強度を取得する。反射波の強度を取得すると、制御装置２０は、反射波の強度と光源１１が照射する電磁波の強度となどから第１の周波数における反射率（第１のリファレンス反射率）を算出する。

第１の周波数における反射率を算出すると、制御装置２０は、光源１１を用いて第２の周波数の電磁波を検出センサ１３に照射する。

第２の周波数は、第１の周波数とは異なる。第２の周波数は、検出センサ１３の反射率の第２のピーク１０１ｂの周波数に対応する周波数である。たとえば、第２の周波数は、第２のピーク１０１ｂの周波数の近傍の周波数である。たとえば、第２の周波数は、反射率が所定の閾値を下回る周波数領域から選択されるものであってもよい。ここでは、制御装置２０は、第２の周波数として破線２０１ｂが示す周波数の電磁波を検出センサ１３に照射する。

光源１１を用いて第２の周波数の電磁波を検出センサ１３に照射すると、制御装置２０は、検出器１６を用いて検出センサ１３からの反射波の強度を取得する。反射波の強度を取得すると、制御装置２０は、反射波の強度と光源１１が照射する電磁波の強度となどから第２の周波数における反射率（第２のリファレンス反射率）を算出する。

また、リファレンス反射率を測定すると、制御装置２０は、同様に、サンプルを添加することで被検出物が堆積した可能性のある検出センサ１３の反射率（検出反射率）を第１の周波数及び第２の周波数で測定する。

たとえば、制御装置２０は、駆動部１５を用いてステージ１４及び検出センサ１３を試料導入部１７に移動する。ステージ１４及び検出センサ１３を試料導入部１７に移動すると、制御装置２０は、オペレータに被検出物が堆積した可能性のある検出センサ１３をステージ１４上にセットすることを促す。即ち、制御装置２０は、検出センサ１３を取り出して試料を堆積させてステージ１４上に再度セットすることを促す。たとえば、制御装置２０は、表示部などに試料を堆積した検出センサ１３をセットすることを促すメッセージなどを表示してもよい。

ステージ１４上に検出センサ１３がセットされると、制御装置２０は、駆動部１５を用いてステージ１４及び検出センサ１３をミラー１２の下部に移動する。ステージ１４及び検出センサ１３をミラー１２の下部に移動すると、制御装置２０は、光源１１を用いて第１の周波数の電磁波を検出センサ１３に照射する。

光源１１を用いて第１の周波数の電磁波を検出センサ１３に照射すると、制御装置２０は、検出器１６を用いて検出センサ１３からの反射波の強度を取得する。反射波の強度を取得すると、制御装置２０は、反射波の強度と光源１１が照射する電磁波の強度となどから第１の周波数における反射率（第１の検出反射率）を算出する。

第１の周波数における反射率を算出すると、制御装置２０は、光源１１を用いて第２の周波数の電磁波を検出センサ１３に照射する。

光源１１を用いて第２の周波数の電磁波を検出センサ１３に照射すると、制御装置２０は、検出器１６を用いて検出センサ１３からの反射波の強度を取得する。反射波の強度を取得すると、制御装置２０は、反射波の強度と光源１１が照射する電磁波の強度となどから第２の周波数における反射率（第２の検出反射率）を算出する。

また、検出反射率を測定すると、制御装置２０は、測定されたリファレンス反射率及び検出反射率に基づいて検出センサ１３に被検出物があるか判定する。

たとえば、制御装置２０は、第１のリファレンス反射率と第１の検出反射率とが一致するか判定する。制御装置２０は、第１のリファレンス反射率と第１の検出反射率との差異が所定の閾値以下であれば、両者が一致すると判定してもよい。

第１のリファレンス反射率と第１の検出反射率とが一致するか判定すると、制御装置２０は、第２のリファレンス反射率と第２の検出反射率とが一致するか判定する。同様に、制御装置２０は、第２のリファレンス反射率と第２の検出反射率との差異が所定の閾値以下であれば、両者が一致すると判定してもよい。

制御装置２０は、第１の周波数又は第２の周波数の少なくとも１つにおいてリファレンス反射率と検出反射率とが一致しない場合に、被検出物を検出したと判定する。即ち、制御装置２０は、第１のリファレンス反射率と第１の検出反射率とが一致しない場合又は第２のリファレンス反射率と第２の検出反射率とが一致しない場合、被検出物を検出したと判定する。

他方、制御装置２０は、第１の周波数及び第２の周波数においてリファレンス反射率と検出反射率とが一致する場合に、被検出物がないと判定する。即ち、制御装置２０は、第１のリファレンス反射率と第１の検出反射率とが一致し第２のリファレンス反射率と第２の検出反射率とが一致する場合、被検出物がないと判定する。

図４において、破線２０１ａは、第１の周波数を示す。破線２０１ｂは、第２の周波数を示す。図４が示す例では、グラフ１０１における第１の周波数の電磁波の反射率は、グラフ１０２におけるそれと同一である。即ち、第１の周波数では、検出センサ１３に被検出物が付与されても、検出センサ１３の反射率は変化しない。

また、図４が示す例では、グラフ１０１における第２の周波数の電磁波の反射率は、グラフ１０２におけるそれと異なる。即ち、第２の周波数では、検出センサ１３に被検出物が付与されると、検出センサ１３の反射率が変化する。

制御装置２０は、第２の周波数において変化が生じているため第２のリファレンス反射率と第２の検出反射率とが一致しないと判定する。その結果、制御装置２０は、検出センサ１３上に被検出物を検出したと判定する。

制御装置２０は、検出結果を表示部などに表示してもよい。制御装置２０は、検出結果を外部装置へ送信してもよい。

なお、構造体３２は、３つ以上の異なる大きさの空隙を備えてもよい。この場合、検出センサ１３の周波数特性のグラフは、３つのピークを有する。制御装置２０は、各ピークに対応する周波数の電磁波のリファレンス反射率と検出反射率とを測定する。制御装置２０は、少なくとも１つの周波数においてリファレンス反射率と検出反射率とが一致しない場合に被検出物を検出したと判定する。

また、構造体３２は、第１の空隙３４ａを有する第１の領域３３ａと第２の空隙３４ｂを有する第２の領域３３ｂとを交互に備えてもよい。また、構造体３２は、第１の領域３３ａと第２の領域３３ｂとをモザイク状に備えてもよい。また、構造体３２は、第１の領域３３ａの周囲に第２の領域３３ｂを備えてもよい。また、構造体３２は、第２の領域３３ｂの周囲に第１の領域３３ａを備えてもよい。また、構造体３２は、第１の空隙３４ａ及び３４ｂを交互に隣接して備えてもよい。

また、構造体３２は、格子状に形成される導電体であってもよい。たとえば、構造体３２は、第１の領域３３ａ及び第２の領域３３ｂにそれぞれ異なる大きさ又は形状の格子を備えてもよい。
また、検出センサ１３は、基材３１を有しなくともよい。

以上のように構成された検出システムは、反射率のピークを複数有する検出センサに対して複数の周波数の電磁波を照射して反射率を測定する。そのため、検出システムは、被測定物が堆積していない検出センサと被測定物が堆積した検出センサとの反射率を複数の周波数の電磁波で測定することができる。

たとえば、第１の周波数でのみ反射率の変化を検出する場合、図４が示す例では、検出システムは、被検出物によって検出センサ１３の周波数特性が変化したにも関わらず、反射率の変化を検出できない。その結果、検出システムは、適切に被検出物を検出することができない。

他方、実施形態に係る検出システムは、第１及び第２の周波数の電磁波で反射率の変化を検出する。その結果、検出システムは、どちらかに変化が生じれば被検出物を検出することができる。従って、検出システムは、より精度よく被検出物を検出することができる。

また、第１の周波数でのみ反射率の変化を検出する場合であっても、第１の周波数とピークの位置とが一致すれば、検出システムは、反射率の変化を検出することができる。しかしながら、検出センサの製造誤差などによって生じる個体差などによって第１の周波数とピークの位置とを完全に一致させることは、困難である。

第１及び第２の周波数の電磁波で反射率の変化を検出することで、検出システムは、電磁波の周波数とピークの位置とを一致させなくとも、精度よく被検出物を検出することができる。
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。
第２の実施形態に係る検出システムは、検出センサの透過率を測定する点で第１の実施形態に係る検出システム１と異なる。従って、他の点については同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

第２の実施形態に係る検出システムは、検出装置及び制御装置２０を備える。

第２の実施形態に係る検出装置は、光源１１、検出センサ１３’及び検出器１６を備える。

検出センサ１３’は、光源１１と検出器１６との間に垂直に設置される。

光源１１は、検出センサ１３’に対して電磁波を照射する。
検出器１６は、検出センサ１３’を透過した電磁波の強度を検出する。

次に、検出センサ１３’について説明する。図５は、検出センサ１３’の上面図である。図６は、Ｆ６−Ｆ６の断面図である。

図５及び図５が示すように、検出センサ１３’は、基材３１及び構造体４２などから構成される。

構造体４２は、透過率における周波数特性において複数のピークを有する。構造体４２は、ピークに寄与する複数種類の構造体から構成される。たとえば、構造体４２は、形状又は大きさが異なる複数種類の構造体から構成される。

構造体４２は、分割リング共振器を形成する。構造体４２は、複数種類の構造体によってＬＣＲ回路を形成する。構造体４２は、ＬＣＲ（インダクタンス、コンダクタンス、レジスタンス）回路によって所定の共振周波数において共振特性を有する。

構造体４２は、複数種類の構造体によって、特性の異なる複数のＬＣＲ回路（主にインダクタンスが異なるＬＣＲ回路）を形成する。構造体４２は、各ＬＣＲ回路によって、透過率における周波数特性において複数のピークを有する。

なお、構造体４２は、自身を構成する構造体の大きさ又は形状を調整することで異なる周波数特性（異なるピーク）を有することができる。

ここでは、構造体４２は、第３の領域４３ａ及び第４の領域４３ｂに分割される。第３の領域４３ａは、複数の第１の構造体４２ａから構成される。第３の領域４３ａは、周期的に配置される第１の構造体４２ａを有する周期構造体（第１の周期構造体）である。第４の領域４３ｂは、複数の第２の構造体４２ｂから構成される。第４の領域４３ｂは、周期的に配置される第２の構造体４２ｂを有する周期構造体（第１の周期構造体）をである。

第１の構造体４２ａは、環状構造である。第１の構造体４２ａは、環の一部が切断する構造である。即ち、第１の構造体４２ａは、Ｃ字型に形成される。たとえば、第１の構造体４２ａの外寸は、１８μｍである。また、第１の構造体４２ａの幅（環の幅）は、３μｍである。第１の構造体４２ａは、第１の空隙３４ａと同一の形状及び大きさであってもよい。

たとえば、第３の領域４３ａは、複数の第１の構造体４２ａによって分割リング共振器を形成する。たとえば、第３の領域４３ａは、複数の第１の構造体４２ａによってＬＣＲ共振回路を形成する。

第２の構造体４２ｂは、環状構造である。第２の構造体４２ｂは、環の一部が切断する構造である。即ち、第２の構造体４２ｂは、第１の構造体４２ａと同様にＣ字型に形成される。たとえば、第２の構造体４２ｂの外寸は、９μｍである。また、第２の構造体４２ｂの幅（環の幅）は、３μｍである。第２の構造体４２ｂは、第２の空隙３４ｂと同一の形状及び大きさであってもよい。

たとえば、第４の領域４３ｂは、複数の第２の構造体４２ｂによって分割リング共振器を形成する。たとえば、第４の領域４３ｂは、複数の第２の構造体４２ｂによってＬＣＲ共振回路を形成する。

なお、構造体４２の形状及び大きさは、特定の構成に限定されるものではない。
また、構造体４２は、３つ以上の異なる大きさの構造体から構成されてもよい。

次に、制御装置２０の動作例について説明する。
まず、制御装置２０は、被検出物が堆積していない検出センサ１３’の透過率（リファレンス透過率）を第１の周波数及び第２の周波数で測定する。

たとえば、制御装置２０は、光源１１を用いて第１の周波数の電磁波を検出センサ１３’に照射する。光源１１を用いて第１の周波数の電磁波を検出センサ１３’に照射すると、制御装置２０は、検出器１６を用いて検出センサ１３’からの透過波の強度を取得する。透過波の強度を取得すると、制御装置２０は、透過波の強度と光源１１が照射する電磁波の強度となどから第１の周波数における透過率（第１のリファレンス透過率）を算出する。

第１の周波数における透過率を算出すると、制御装置２０は、光源１１を用いて第２の周波数の電磁波を検出センサ１３’に照射する。光源１１を用いて第２の周波数の電磁波を検出センサ１３’に照射すると、制御装置２０は、検出器１６を用いて検出センサ１３’からの透過波の強度を取得する。透過波の強度を取得すると、制御装置２０は、透過波の強度と光源１１が照射する電磁波の強度となどから第２の周波数における透過率（第２のリファレンス透過率）を算出する。

また、リファレンス透過率を測定すると、制御装置２０は、同様に、被検出物が堆積した可能性のある検出センサ１３’の透過率（検出透過率）を第１の周波数及び第２の周波数で測定する。

制御装置２０は、光源１１を用いて第１の周波数の電磁波を検出センサ１３’に照射する。光源１１を用いて第１の周波数の電磁波を検出センサ１３’に照射すると、制御装置２０は、検出器１６を用いて検出センサ１３’からの透過波の強度を取得する。透過波の強度を取得すると、制御装置２０は、透過波の強度と光源１１が照射する電磁波の強度となどから第１の周波数における透過率（第１の検出透過率）を算出する。

第１の周波数における透過率を算出すると、制御装置２０は、光源１１を用いて第２の周波数の電磁波を検出センサ１３’に照射する。

光源１１を用いて第２の周波数の電磁波を検出センサ１３’に照射すると、制御装置２０は、検出器１６を用いて検出センサ１３’からの透過波の強度を取得する。透過波の強度を取得すると、制御装置２０は、透過波の強度と光源１１が照射する電磁波の強度となどから第２の周波数における透過率（第２の検出透過率）を算出する。

また、検出透過率を測定すると、制御装置２０は、測定されたリファレンス透過率及び検出透過率に基づいて検出センサ１３に被検出物があるか判定する。

たとえば、制御装置２０は、第１のリファレンス透過率と第１の検出透過率とが一致するか判定する。制御装置２０は、第１のリファレンス透過率と第１の検出透過率との差異が所定の閾値以下であれば、両者が一致すると判定してもよい。

第１のリファレンス透過率と第１の検出透過率とが一致するか判定すると、制御装置２０は、第２のリファレンス透過率と第２の検出透過率とが一致するか判定する。同様に、制御装置２０は、第２のリファレンス透過率と第２の検出透過率との差異が所定の閾値以下であれば、両者が一致すると判定してもよい。

制御装置２０は、第１の周波数又は第２の周波数の少なくとも１つにおいてリファレンス透過率と検出透過率とが一致しない場合に、被検出物を検出したと判定する。即ち、制御装置２０は、第１のリファレンス透過率と第１の検出透過率とが一致しない場合又は第２のリファレンス透過率と第２の検出透過率とが一致しない場合、被検出物を検出したと判定する。

他方、制御装置２０は、第１の周波数及び第２の周波数においてリファレンス透過率と検出透過率とが一致する場合に、被検出物がないと判定する。即ち、制御装置２０は、第１のリファレンス透過率と第１の検出透過率とが一致し第２のリファレンス透過率と第２の検出透過率とが一致する場合、被検出物がないと判定する。

以上のように構成された検出センサにおいて、電磁波を反射する構造体の領域は、第１の実施形態に係る検出センサのそれよりも小さい。その結果、検出センサを透過する電磁波は、増加する。そのため、制御装置は、検出センサの透過率を容易に測定することができる。

なお、第１の実施形態に係る検出システムは、検出センサ１３の代わりに検出センサ１３’を用いてもよい。
また、第２の実施形態に係る検出システムは、検出センサ１３’の代わりに検出センサ１３を用いてもよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１及び１’…検出システム、１０及び１０’ …検出装置、１１…光源、１２…ミラー、１３及び１３’…検出センサ、１４…ステージ、１５…駆動部、１６…検出器、１７…試料導入部、２０…制御装置、３１…基材、３２…構造体、３３ａ…第１の領域、３３ｂ…第２の領域、３４ａ…第１の空隙、３４ｂ…第２の空隙、４２…構造体、４２ａ…第１の構造体、４２ｂ…第２の構造体、４３ａ…第３の領域、４３ｂ…第４の領域。

Claims (5)

1. 電磁波の反射率又は透過率の変化によって被検出物を検出する検出装置によって前記電磁波を照射されるセンサであって、
   反射率又は透過率の周波数特性において第１のピークに寄与する第１の周期構造体と、
   反射率又は透過率の周波数特性において第１のピークと異なる第２のピークに寄与する第２の周期構造体と、
   を有するセンサ。
2. 前記第１の周期構造体は、第１の空隙を周期的に有する導電体を含み、
   前記第２の周期構造体は、第１の空隙と大きさが異なる第２の空隙を周期的に有する導電体を含む、
   請求項１に記載のセンサ。
3. 前記第１の周期構造体は、周期的に配置され、導電体で形成されるＣ字型の第１の構造体を有し、
   前記第２の周期構造体は、周期的に配置され、前記第１の構造体と大きさが異なる導電体で形成されるＣ字型の第２の構造体を有する、
   請求項１に記載のセンサ。
4. 請求項１乃至３の何れか１つに記載のセンサを用いる検出装置であって、
   前記第１のピークに対応する第１の周波数の電磁波と前記第２のピークに対応する第２の周波数の電磁波とを前記センサに照射する照射部と、
   前記センサからの前記第１の周波数の電磁波の反射波又は透過波の強度と前記第２の周波数の電磁波の反射波又は透過波の強度とを検出する検出器と、
   を備える検出装置。
5. 請求項４に記載の検出装置と、
   前記検出器から前記第１の周波数の電磁波の反射波又は透過波の強度を取得し、
   前記強度に基づいて前記第１の周波数における反射率又は透過率を算出し、
   前記検出器から前記第２の周波数の電磁波の反射波又は透過波の強度を取得し、
   前記強度に基づいて前記第２の周波数における反射率又は透過率を算出し、
   前記第１の周波数又は前記第２の周波数の何れか１つにおける反射率又は透過率が変化した場合に、前記被検出物を検出したと判定する、
   制御部と、
   を備える検出システム。